(57)【要約】    【課題】  防護に必要な強度を備えた保護構造物を提供する。    【解決手段】  屋根３の両側を、壁体６と柱５とにより支持する。柱５の下部と反山側基礎10をヒンジ結合し、柱５の上部と屋根３をヒンジ結合し、屋根３と壁体６をヒンジ結合し、この壁体６の下部を山側基礎10に剛結する。壁体６の下部と山側基礎10との間に塑性ヒンジが生じた際、壁体６を山Ｙに支持する支持手段21を備える。３ヒンジ構造において、落石などにより屋根３に所定以上の荷重が加わると、剛結部12における塑性ヒンジの発生を許容し、塑性ヒンジが発生する前後で、支持手段21により壁体６を山Ｙに支持することにより、壁体６の変位を制御でき、これにより剛結部12周りの設計強度を抑えることができるから、保護構造物の耐力を抑えながら、必要な強度を得ることができる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
山に沿う被保護物の少なくとも一部を覆い該山に沿って設けられる屋根の両側を、山側支持体と反山側支持体とにより支持してなる保護構造物において、前記反山側支持体の下部と基礎をヒンジ結合し、前記反山側支持体の上部と前記屋根をヒンジ結合し、前記屋根と前記山側支持体をヒンジ結合し、この山側支持体の下部を基礎に剛結し、前記山側支持体の上部が設定量だけ反山側に変位した際、前記山側支持体を山に支持する支持手段を備えることを特徴とする保護構造物。
【請求項２】
前記支持手段は、前記山に固定されたアンカーと、前記山側支持体の上部の反山側への変位を許容すると共に山側支持体の上部が設定量だけ反山側に変位した後に山側支持体に前記アンカーの支持力を伝える伝達手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の保護構造物。
【請求項３】
前記伝達手段は、前記アンカーに設けられた支持力伝達部材と、前記山側支持体に設けられ前記支持力伝達部材により支持力を受ける支持受部とを備え、前記支持力伝達部材と前記支持受部との間に間隔を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の保護構造物。
【請求項４】
前記屋根は、長さ方向に複数の主桁を並べると共にＰＣ鋼材により一体化してなり、雪崩などによる前記屋根の長さ方向に連続する所定の荷重に対して塑性ヒンジを発生しない強度を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の保護構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は道路、鉄道用軌道並びに家屋、建物施設等の被保護物を落石，雪崩，土砂崩落などから防護するために設置されるシェッド等の保護構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にこの種の保護構造物は、屋根を支持体により支持して構成されており、鋼製とＰＣ，ＲＣによるコンクリート製のものなどが知られている。例えばコンクリート製のシェッドは、複数のコンクリート製壁体である主桁を道路又は軌道長手方向に向う横締用ＰＣ鋼材により一体に緊結して屋根を形成し、この屋根の道路又は軌道方向の両側を柱または壁に剛結して構成（例えば特許文献１、特許文献２）されている。そして、その主桁構造は断面Ｔ型のものや断面矩形のもの等が知られており、また主桁の支持構造は主桁の両側を親柱と子柱で支持するもの、または擁壁と親柱あるいは擁壁と擁壁とで支持するもの等種々のものが知られている。
【０００３】
上記のような保護構造物の設計においては、該構造物の受ける設計荷重に対して、主に許容応力度法で強度を設定するようにしている。
【０００４】
すなわち、設計上予想される落石や地震などの最大荷重に対して、構造物の各応力度が所定の許容応力度を越えないように強度計算され、保護構造物が塑性変形を起こさない弾性範囲に収まるように強度設計がなされる。
【特許文献１】実公平１−４８９５号公報
【特許文献２】特公平１−２７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実際の保護構造物は、降伏点を越えて塑性変形を起こしても、防護機能は損なわれないから、修復利用を考慮せずに防護機能のみを考慮する場合、弾性範囲による設計では強度が過剰になる面がある。
【０００６】
そこで、本発明は、防護に必要な強度を備えた保護構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、山に沿う被保護物の少なくとも一部を覆い該山に沿って設けられる屋根の両側を、山側支持体と反山側支持体とにより支持してなる保護構造物において、前記反山側支持体の下部と基礎をヒンジ結合し、前記反山側支持体の上部と前記屋根をヒンジ結合し、前記屋根と前記山側支持体をヒンジ結合し、この山側支持体の下部を基礎に剛結し、前記山側支持体の上部が設定量だけ反山側に変位した際、前記山側支持体を山に支持する支持手段を備えるものである。
【０００８】
また、請求項２の発明は、前記支持手段は、前記山に固定されたアンカーと、前記山側支持体の上部の反山側へ変位を許容すると共に山側支持体の上部が設定量だけ反山側に変位した後に山側支持体に前記アンカーの支持力を伝える伝達手段とを備えるものである。
【０００９】
また、請求項３の発明は、前記伝達手段は、前記アンカーに設けられた支持力伝達部材と、前記山側支持体に設けられ前記支持力伝達部材により支持力を受ける支持受部とを備え、前記支持力伝達部材と前記支持受部との間に間隔を設けたものである。
【００１０】
また、請求項４の発明は、前記屋根は、長さ方向に複数の主桁を並べると共にＰＣ鋼材により一体化してなり、雪崩などによる前記屋根の長さ方向に連続する所定の荷重に対して塑性ヒンジを発生しない強度を備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、反山側支持体の下部と基礎、反山側支持体の上部と屋根、屋根と山側支持体の３ヒンジ構造において、落石や雪崩などにより屋根に所定以上の荷重が加わると、山側支持体の下部と基礎との剛結箇所に応力が集中するため、剛結箇所が塑性変形しないように強度を上げると、不効率となるが、剛結箇所において設定量だけ反山側に倒れる変位を許容し、山側支持体の上部が設定量だけ反山側に変位した際、或いはその変位により剛結箇所に塑性ヒンジが生じた際、支持手段により山側支持体を山に支持することにより、山側支持体の変位を制御でき、これにより剛結箇所周りの設計強度を抑えることができるから、保護構造物の耐力を抑えながら、必要な強度を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２の構成によれば、落石や雪崩などにより屋根に所定以上の荷重が加わると、山側支持体を反山側に倒す力を受け、山側支持体の上部が設定量だけ反山側に変位し、前記山側支持体の下部と基礎との間に塑性ヒンジが発生するか、該塑性ヒンジが発生する近くまで、山側支持体が反山側に倒れた後、該山側支持体をアンカーが支持し、アンカーにより支持された４ヒンジ構造として安定した構造が得られる。
【００１３】
また、請求項３の構成によれば、落石や雪崩などにより屋根に所定以上の荷重が加わり、山側支持体が反山側に倒す力を受けて倒れると、前記山側支持体の下部と基礎との間に塑性ヒンジが発生するか、該塑性ヒンジが発生する近くまで山側支持体が倒れ、支持受部に支持力伝達部材が当接すると、アンカーが該山側支持体を支持し、アンカーにより支持された４ヒンジ構造或いは３ヒンジ構造として安定した構造が得られる。
【００１４】
また、請求項４の構成によれば、屋根に局部的に荷重が加わる場合は、荷重が加わった箇所に塑性ヒンジが生じても長さ方向に隣合う主桁には塑性ヒンジは発生せず、前記局部的荷重に抗する強度を設定すればよい。一方、雪崩などで屋根の長さ方向に対して連続する荷重が加わり、屋根の長さ方向に連続する塑性ヒンジが発生すると、下部の剛結箇所に塑性ヒンジが発生するか、該塑性ヒンジが発生する近くまで山側支持体が倒れる前に、屋根が崩壊するから、屋根に雪崩などによる該屋根の長さ方向に連続する所定の荷重に対して塑性ヒンジを発生しない強度を付与することにより、屋根の崩壊を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な保護構造物を採用することにより、従来にない保護構造物が得られ、その保護構造物について記述する。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の保護構造物の実施例について、図１〜図６は本発明の実施例１を示し、同図はコンクリート製のロックシェッドを示し、このロックシェッドは、複数の主桁１を道である道路Ｍ又は軌道の長さ方向に向う横締用ＰＣ鋼材２により一体に緊結して山Ｙに沿う屋根３を形成し、その主桁１は、道路Ｍ又は軌道幅方向に向うＰＣ鋼材４によりプレテンション方式で緊張力が付与されており、前記屋根３の道路Ｍ又は軌道方向の両側を、反山側支持体である柱５および山側支持体である壁体６上の受面６Ａに載置し、屋根３の幅方向両側をアンカー７とアンカー７Ａによりそれぞれ柱５と壁体６に結合し、屋根３と柱５の間にゴム板８を介在してヒンジ結合部Ｈ１とし、屋根３と壁体６との間にはゴム板８を介在してヒンジ結合部Ｈ２としている。そして、前記柱５の下部にはメナーゼヒンジ状の接点部９が形成され、前記柱５の下部が反山側基礎である谷側基礎10とヒンジ結合されている。また、壁体６の下部は横方向の山側基礎11に剛結部12により剛結されている。尚、前記壁体６と山側基礎11との間には図示しない鉄筋が連続して設けられている。また、前記道路Ｍ又は軌道が被保護物である。尚、反山側は谷Ｔであり、道路Ｍの反山側が谷になっている。また、壁体６の背面側上部に山Ｙが位置し、山Ｙの斜面と壁体６の背面側上部との間には平坦部Ｈが形成されており、この平坦部Ｈは既設の山を削り平坦にして形成される。
【００１７】
また、前記屋根３の上面３Ｍが保護構造物の防護面であり、前記屋根３の谷Ｔ側には囲いブロック13が設けられ、この囲いブロック13は現場打ちコンクリートにより形成されたり、あるいはプレキャスト製の囲いブロック13を屋根３に固定して設けられる。そして、前記防護面13Ｍ上には、緩衝層31として、囲いブロック13と山Ｙと間に砂層を設けている。
【００１８】
前記保護構造物は、前記壁体６の下部と基礎11との間に塑性ヒンジが生じるか、該塑性ヒンジが発生する近くまで壁体６が谷側に倒れ際、壁体６を山Ｙに支持する支持手段21を備える。この支持手段21について説明すると、山Ｙにアンカー22を固定すると共に、このアンカー22を前記壁体６の上部側の挿通孔23に挿通し、前記アンカー22の先端に伝達手段を構成する板状の支持力伝達部材24を固定し、壁体６内面の挿通孔23箇所が支持受部25であり、この支持受部25と前記支持力伝達部材24との間に間隔26を設ける。この間隔26は前記壁体６が谷Ｔ側に倒れ、前記剛結部12が塑性ヒンジ化するか、該塑性ヒンジが発生する近くまで壁体６が谷側に倒れる寸法に設定することができる。すなわち、前記間隔26は保護構造物の設計により得られる設定量Ｓに設定され、この設定量Ｓは、壁体６の上部が谷側に倒れる変位量に対応して設定され、壁体６の上部が谷側に倒れ、強度計算により剛結部12が塑性ヒンジ化する変位量、あるいは塑性ヒンジ化する前後の変位量に設定する。すなわち、設定量Ｓは、壁体６が倒れる方向の弾性変形を起こし、剛結部12が塑性ヒンジ化する前の領域から、剛結部12が塑性ヒンジ化し、さらに変形するまでの領域で適宜設定することができる。
【００１９】
尚、前記間隔26には、クッションなどの弾性体を設けてもよい。尚、壁体６の長さにもよるが、支持手段21のアンカー22は壁体６の長さ方向に複数設けることができる。
【００２０】
このようなロックシェッドにおける設計方法を以下に説明する。図３は、図１及び図２に示した保護構造物の骨組図であり、屋根３の反山側が谷Ｔとなっている場合、谷側において大きな支持力を得るには、谷側基礎10を大型化すると共に、所定の支持力を得る構造としなければならないため、山側に比べて別途施工が必要でかつ条件が悪い分だけ施工費用も割高になるから、設計上不利である。これに対し、構造的に安定する山側の壁体６及び山側基礎11により荷重に対抗することが構造上有利であり、同図に示すように３ヒンジ構造を採用する。この構造では、屋根３に落石などを受けても、接点部９により谷側基礎10には柱５から縦断方向の力のみが加わり、谷側基礎10水平力を受けないから、谷側基礎10は比較的小型で済む。
【００２１】
前記屋根３は、複数の主桁１を道路などの長さ方向に並べると共に複数の横締用ＰＣ鋼材２により緊張一体化されている。このような屋根３上に、山Ｙの斜面から落石が落下すると、屋根３に局部的に荷重が加わる。直接落石を受けるのは主桁１の１〜数個程度であり、これら主桁１は複数が横締用ＰＣ鋼材２により緊張一体化されているから、落石を受けた主桁１には塑性ヒンジが発生しても、隣合う複数の主桁１が支えることにより、屋根３の長さ方向に連続して塑性ヒンジが発生し難く、設計最大荷重である設計最大落石荷重に対して、屋根３長さ方向に連続して塑性ヒンジが発生して屋根３が崩壊しないように該屋根３の強度を設定すると共に、屋根３に設計最大落石荷重を受けた場合に、前記剛結部12が塑性ヒンジするように壁体６及び山型基礎11の強度を設定する。前記屋根３の強度計算には立体解析などを用いることができる。尚、設計最大落石荷重は、原地調査等により照査すべき最大の落石条件を設定する。
【００２２】
一方、山Ｙの斜面から落下する雪崩の場合、屋根３の長さ方向に連続して落下する場合があるから、設計最大荷重である設計最大雪崩荷重に対して、屋根３が長さ方向に連続して塑性ヒンジを生じない強度に設計する。尚、設計最大雪崩荷重は、原地調査等により照査すべき最大の雪崩条件を設定し、屋根３に加わる荷重とその範囲（長さ）を考慮し、例えば屋根３の中央に予想される荷重と長さで雪崩を受けるとして、長さ方向に連続して塑性ヒンジを生じない強度を計算する。このように設計することにより、屋根３が設計最大落石荷重又は設計最大雪崩荷重を受けた場合、屋根３に塑性ヒンジが発生することなく、剛結部12が塑性ヒンジ化するように設定する。尚、屋根３の上側の山Ｙは斜面になっているから、該斜面から落下する落石及び雪崩は、白抜き矢印に示すように、鉛直方向力に加えて谷側に向く水平方向力を備えるから、それらを屋根３に受けると、壁体６の上部を谷側に倒す力が加わる。
【００２３】
図６は、屋根３にが設計最大落石荷重又は設計最大雪崩荷重を受けた場合、屋根３に塑性ヒンジが発生する状態を例示しており、図６（Ｂ）とならないように設計する。尚、図１に示す保護構造物では、柱５の上面及び壁体６の前記受面６Ａは屋根Ｍの幅方向に所定の幅を有するから、屋根３に塑性ヒンジが発生しても、柱５の上面及び壁体６の前記受面６Ａの幅方向両端側に位置する角部に、屋根Ｍ下面が当たり、新たに屋根Ｍを支持する支持点が発生するから、中央に塑性ヒンジが発生しても屋根Ｍが崩壊することはない。
【００２４】
屋根３に落石及び雪崩などを受け、該屋根３に所定以上の荷重が加わると、壁体６が山側に倒れ、剛結部12が塑性ヒンジ化するか、塑性ヒンジ化する前後まで壁体６が変位する。あるいは、屋根３に直接荷重が加わる以外でも、図３の白抜き矢印に示すように、前記平坦部Ｈに落石及び雪崩などを受けると、壁体６を山側に倒す力が生じ、壁体６が山側に倒れ、剛結部12が塑性ヒンジ化するか、塑性ヒンジ化する前後まで壁体６が変位する。このようにして、壁体６が倒れ、剛結部12が塑性ヒンジ化するか、塑性ヒンジ化する前後まで壁体６が変位すると、倒れた壁体６の支持受部25が支持力伝達部材24に当接し、アンカー22が壁体６を支持する。図４及び図５の骨組図は、剛結部12が塑性ヒンジ化した状態を示し、塑性ヒンジ化すると保護構造物は４ヒンジの門形構造で、壁体６のアンカー22箇所が支点となった静定構造物となり、このように所定以上の荷重を受ける前は３ヒンジ構造物、所定以上の荷重を受けて壁体６下部が塑性ヒンジ化した後は、アンカー22により壁体６の倒れを防止するように支持した４ヒンジ構造として弾性領域で強度計算を行うことにより、従来に比べて部材強度を抑えながら、所定の構造強度を備えた保護構造物が得られる。また、図５の骨組図で、剛結部12が塑性ヒンジ化することなく塑性ヒンジ化する近くまで壁体６が山側に倒れる変位を生じ、アンカー22により壁体６の倒れを防止するように支持された場合も、アンカー22による支持点が増設された３ヒンジ構造として強度計算を行うことができ、従来に比べて部材強度を抑えながら、所定の構造強度を備えた保護構造物が得られる。
【００２５】
このように本実施例では、請求項１に対応して、山Ｙに沿う被保護物たる道路Ｍ又は軌道なくとも一部を覆い該山Ｙに沿って設けられる屋根３の両側を、山側支持体たる壁体６と反山側支持体たる柱５とにより支持してなる保護構造物において、柱５の下部と谷側基礎10をヒンジ結合し、柱５の上部と屋根３をヒンジ結合し、屋根３と壁体６をヒンジ結合し、この壁体６の下部を山側基礎10に剛結し、壁体６の上部が設定量Ｓだけ反山側たる谷側に変位した際、壁体６を山Ｙに支持する支持手段21を備えるから、ヒンジ結合部Ｈ１，Ｈ２及びヒンジ結合部たる接点部９の３ヒンジ構造において、落石などにより屋根３に所定以上の荷重が加わると、壁体６の下部と基礎との剛結部12に応力が集中するため、剛結部12が塑性変形しないように強度を上げると、不効率となるが、剛結部12において設定量Ｓだけ谷側に倒れる変位を許容し、壁体６の上部が設定量Ｓだけ谷側に変位した際、或いはその変位により剛結部12に塑性ヒンジが生じた際、支持手段21により壁体６を山Ｙに支持することにより、壁体６の変位を制御でき、これにより剛結部12周りの設計強度を抑えることができるから、保護構造物の耐力を抑えながら、必要な強度を得ることができる。
【００２６】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、支持手段21は、山Ｙに固定されたアンカー22と、壁体６の上部の谷側への変位を許容すると共に壁体５の上部が設定量Ｓだけ谷側に変位した後に壁体６にアンカー22の支持力を伝える伝達手段たる支持力伝達部材24及び支持受部25とを備えるから、落石や雪崩などにより屋根３に所定以上の荷重が加わり、壁体６が反山側に倒す力を受けて倒れ、壁体６の上部が設定量Ｓだけ谷側に変位し、壁体６の下部と山側基礎11との間に塑性ヒンジが発生するか、該塑性ヒンジが発生する近くまで、壁体６が谷側に倒れた後、壁体６をアンカー22が支持し、アンカー22により支持された４ヒンジ構造として安定した構造が得られる。
【００２７】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、伝達手段は、アンカー22に設けられた支持力伝達部材24と、壁体６に設けられ支持力伝達部材24により支持力を受ける支持受部25とを備え、支持力伝達部材24と支持受部25との間に間隔26を設け、この間隔26は前記設定量Ｓに対応するから、落石や雪崩などにより屋根３に所定以上の荷重が加わり、壁体６が谷側に倒す力を受けて倒れると、壁体６の下部と山側基礎11との間に塑性ヒンジが発生するか、該塑性ヒンジが発生する近くまで山側支持体が倒れ、支持受部25に支持力伝達部材24が当接すると、アンカー22が壁体６を支持し、アンカー22により支持された４ヒンジ構造或いは３ヒンジ構造として安定した構造が得られる。このように支持力伝達部材24と支持受部25とが当接した後は、アンカー22に設けた支持力伝達部材24が、壁体６の倒れを防止する支持力を壁体６に与えるものである。
【００２８】
また、このように本実施例では、請求項４に対応して、屋根３は、長さ方向に複数の主桁１を並べると共に横締用ＰＣ鋼材２により一体化してなり、雪崩などによる屋根３の長さ方向に連続する所定の荷重に対して塑性ヒンジを発生しない強度を備えるから、屋根３に局部的に荷重が加わる場合は、荷重が加わった箇所に塑性ヒンジが生じても長さ方向に隣合う主桁１には塑性ヒンジは発生せず、局部的荷重に抗する強度を設定すればよい。一方、雪崩などで屋根３の長さ方向に対して連続する荷重が加わり、屋根３の長さ方向に連続する塑性ヒンジが発生か、該塑性ヒンジが発生する近くまで山側支持体が倒れる前に、屋根３が崩壊するから、屋根３に雪崩などによる該屋根の長さ方向に連続する所定の荷重に対して塑性ヒンジを発生しない強度を付与することにより、屋根３の崩壊を防止できる。
【実施例２】
【００２９】
図７は本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、前記アンカー22の先端に支持力伝達部材たるボルト24Ａを固定し、壁体６内面の挿通孔23箇所が支持受部24であり、この支持受部24側に受板28を配置し、この受板と前記ボルト24Ａとの間の間隔26にコイルスプリング29を設けており、前記間隔26はボルト24Ａと支持受部25との間に設けられており、壁体６が山側に倒れると、前記コイルスプリング29が収縮し、ボルト24Ａにより支持受部25にアンカー22の支持力が伝達され、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。
【００３０】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、実施例では、ロックシェッドを示したが、屋根の両側を支持体により支持するものであれば各種のものに適用可能であり、また、山側支持体は連続した壁体以外でも柱などでもよい。さらに、実施例では、コンクリート製の保護構造物を示したが、プレキャストコンクリート（ＰＣ）製、鉄筋コンクリート（ＲＣ）製のいずれでもよく、また、保護構造物は、工場製作でも現場内コンクリート製でもよく、さらに、コンクリート製以外に鋼製でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１を示す保護構造物の断面図である。
【図２】同上、一部を切欠いた保護構造物の斜視図である。
【図３】同上、保護構造物の骨組図である。
【図４】同上、山側支持体の下部が塑性ヒンジ化した状態を示す構造物の骨組図である。
【図５】同上、骨組概略図である。
【図６】同上、骨組概略図であり、図６（Ａ）は屋根に塑性ヒンジが発生する前、図６（Ｂ）は屋根に塑性ヒンジが発生した状態を示す。
【図７】本発明の実施例２を示す支持手段周りの断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  横締用ＰＣ鋼材
３  屋根
５  柱（反山側支持体）
６  壁体（山側支持体）
Ｈ１  ヒンジ結合部
Ｈ２  ヒンジ結合部
９  接点部
10  谷側基礎（反山側基礎）
11  山側基礎
12  剛結部
21  支持手段
22  アンカー
24  支持力伝達部材（伝達手段）
24Ａ  ボルト（支持力伝達部材・伝達手段）
25  支持受部（伝達手段）
26  間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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